JP2002529905A - セラミック層状システム及びセラミック加熱装置の製作法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はセラミック層状システムであって、該セラミック層状システムに組み込まれた少なくとも１つの電気的な抵抗路が設けられており、前記層状システムが、抵抗路を外部に対して被覆する少なくとも１つの層を有している形式のものに関する。抵抗路を被覆する層が少なくとも１つの切欠きを有しており、この切欠きを介して抵抗路を調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式のセラミック層状システム及び請
求項７の上位概念に記載の形式のセラミック加熱装置の製作法に関する。

【０００２】 背景技術 冒頭で述べた形式のセラミック層状システムは、例えば電気化学的な測定セン
サに設けられるセラミック加熱装置において使用される。この場合、メアンダ状
に延び且つセラミック加熱装置を形成するために使用される電気的な抵抗路が設
けられている。内燃機関を運転するための燃料−空気混合物の調整を規定するた
めには、前記のような電気化学的な測定センサによって内燃機関の排気ガス中の
酸素濃度を規定することが可能である。。測定センサは、固体電解質の所要のイ
オン伝導度を得るために、アクティブな領域において約３００℃以上の温度に加
熱されねばならない。このためには、電気化学的な測定センサに組み込まれたセ
ラミック加熱装置が役立つ。

【０００３】 このような測定センサを、フラットなラムダセンサとして「積層技術（Ｓｃｈ
ｉｃｈｔｔｅｃｈｎｉｋ）」を用いて製作することは公知である。この場合、個
々の層が互いに重ねられて配置され且つ場合によっては構造化される。この層構
造は、例えば薄板鋳造、打抜き加工、シルクスクリーン印刷、積層、切断、焼結
等によって得られる。加熱装置、特に加熱装置により生ぜしめられるメアンダ状
の電気的な抵抗路も同様に構成される。隣接する層の減少を防止するため、又は
漏れ電流を阻止するためには、絶縁層を設けることにより加熱装置を遮蔽しなけ
ればならない。

【０００４】 測定センサの測定精度を増大させるためには、測定センサの作動温度をコント
ロールし且つ場合によっては調整することが公知である。このためには、加熱装
置に測定装置を対応配置することが公知であり、この測定装置を介して、測定さ
れた作動温度に関連して加熱装置を接続若しくは遮断することができる。この場
合に不可欠なことは、加熱装置の過剰制御若しくは過小制御を防止するために、
加熱装置の抵抗（本発明では抵抗という言葉は、加熱装置の導電路の電気的な内
部抵抗と理解される）が狭小な製作誤差範囲内で動くことである。さもなければ
、測定値を誤って検出する恐れがある。

【０００５】 この場合、加熱装置の抵抗は、製作に起因して、メアンダ状の構造域で特に著
しく異なることが明らかになった。抵抗は、温度、使用される材料の抵抗係数及
び加熱装置の導体路長さに関連している。製作上、一方では加熱装置の導体路の
個々の領域の組合せ延いては抵抗係数は異なっていてよく、他方では加熱装置の
導体路の長さはそれぞれ異なっていてよい。抵抗の調整は、従来の方法では不可
能である。従って、初測定に際して加熱装置に使用不可能な抵抗を有する測定セ
ンサを除外しなければならない。

【０００６】 酸素濃度を規定するための測定センサのセンサエレメントの構成素子としての
セラミック加熱装置の前記実施例は、従来技術の欠点を明らかにするために使用
されるに過ぎない。これらの欠点は、セラミック層状システムに組み込まれた抵
抗メアンダを有する別の応用においても同様に生ぜしめられる。これは、例えば
媒体における抵抗変化に反応する温度センサ又は受動センサであってよい。この
場合も、電気的な抵抗路の規定された抵抗が必要とされる。

【０００７】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明によるセラミック層状システム
は、規定された再現可能な電気抵抗を有する電気的な抵抗路が組み込まれている
という利点を提供する。この抵抗路を被覆する層が、少なくとも１つの切欠き（
この切欠きを介して抵抗路が調整可能である）を有していることにより、あとか
ら、つまり、セラミック層状システムの構造化のあとで、前記抵抗路の抵抗の調
整を行うことができる。有利には、少なくとも隣接した導体路区分域において、
とりわけ抵抗メアンダとして形成された抵抗路が分岐部及び／又は閉鎖された面
を有しており、しかも、これらの分岐部及び／又は面の断続により、抵抗路の抵
抗を調整することができる。このような構成に基づき、容易に再現可能なレイア
ウトで、セラミック層状システムに既に、抵抗路の抵抗の後調整に役立つ構造が
組み込まれ得る。隣接した導体路区分間の分岐部及び／又は閉鎖された面は抵抗
路と同じ抵抗材料から成っており、抵抗路と一緒に、特にシルクスクリーン印刷
等によって構造化される。

【０００８】 請求項７の特徴部に記載の本発明によるセラミック加熱装置の製作法は、大量
生産により製作可能な、加熱メアンダの抵抗と同じ大きさの抵抗を有するセラミ
ック加熱装置が得られるという利点を提供する。加熱メアンダの電気抵抗を層結
合体の焼結の後に調整し、しかも、有利には加熱メアンダを形成する導体路の有
効長さを後から調整することによって、加熱メアンダの抵抗における製作上の製
作誤差を簡単に補償することができる。これによりとりわけ、このようなセラミ
ック加熱装置を規定に基づいて使用する場合に、これらのセラミック加熱装置を
測定・制御回路と組み合わせることが可能になる。この場合、この測定・制御回
路のためには、加熱メアンダの再現可能に製作可能な規定された正確な抵抗が与
えられている。これにより、セラミック加熱装置の大量生産において同一の測定
・制御結果が得られる。それというのも、測定・制御結果の相違を惹起する恐れ
のある製作に起因した抵抗変動が排除されているからである。

【０００９】 請求項１の特徴部に記載のセラミック層状システムが、特に内燃機関の排気ガ
ス中の酸素濃度を規定するための電気化学的な測定センサのセンサエレメントに
設けられた加熱装置として使用されると有利である。

【００１０】 前記測定センサの構成は、加熱装置を有する層まで公知の形式で薄板鋳造、打
抜き加工、シルクスクリーン印刷、積層、切断又は焼結等により行われる。加熱
装置の導体路は、メアンダ状に形成された領域に、個々のメアンダ巻線間の分岐
部及び／又は充填面を有している。次の層は、正にこの領域に切欠きを有してい
る。

【００１１】 測定センサの機能性に関して必要な層が付与された後で、有利にはレーザを用
いて加熱メアンダの抵抗の調整を、該加熱メアンダの導体路の長さを適宜修正す
ることにより行うことができる。このことは、加熱メアンダの隣接した導体路区
分間の分岐部及び／又は閉鎖された面のレーザ切断又はレーザトリミングによっ
て簡単に行うことができる。次いで、前記切欠きが例えばガラス化によって気密
に閉鎖される。次いで前記切欠き（これらの切欠きを介してレーザ切断若しくは
レーザトリミングが行われる）は充填剤によって閉鎖され、この場合、特にガラ
スセラミックによるガラス化が行われる。

【００１２】 本発明の有利な構成では、加熱装置を被覆する層が、これらの層を貫通して分
岐部及び／又は充填面のレーザ切断又はレーザトリミングを行うことができるよ
うに形成されている。レーザ処理中の加熱メアンダを被覆する層に対する熱的な
作用に基づき、これらの層は同時に簡単にガラス化され得る。この場合、これら
の層は適当なガラス形成体を有している。

【００１３】 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００１４】 図１には、層状システム１０における加熱装置１１の位置が概略的に示されて
いる。この加熱装置１１は導体路１４から成っており、この導体路１４は、接点
１６を介して加熱装置１１のメアンダ状の加工成形部（以下、抵抗メアンダ１２
と呼ぶ）に接続されている。このような層状システム１０の製作は層毎に、例え
ば薄板鋳造、打抜き加工、シルクスクリーン印刷、積層、切断又は焼結によって
行われる。

【００１５】 このような層状システム１０は、例えば自動車の内燃機関の排気ガス中のガス
成分を検出するために使用可能な測定センサの構成素子である。更に、層状シス
テム１０は、温度センサの構成素子であってよい。特定の媒体（ガス又は液体等
）が存在する場合に抵抗変化を以て反応するセンサに使用することも考えられる
。このような機能を供与するために、測定センサは別の構成素子を有しているが
、これらの別の構成素子については、ここでは詳細には検討しない。前記のよう
な測定センサでは、層状システム１０は１センサエレメントを成している。

【００１６】 図２ａ及び図２ｂには、抵抗メアンダ１２の２つの実施例が示されている。抵
抗メアンダ１２の２本の隣接した巻線の間には、一方では分岐部１８（図２ａ）
及び／又は他方では充填面２０（図２ｂ）が、導体路１４と同じ材料から成形さ
れている。加熱エレメントを有する層の製作は、自体公知の形式で、例えば導体
路１４のシルクスクリーン印刷によって行われる。この場合、抵抗メアンダ１２
は一般に導電性の金属、合金又はサーメットから成っている。

【００１７】 図３には、切欠き２２を備えた層状システム１の概略平面図が示されている。
前記切欠き２２の底部には抵抗メアンダ１２、つまり正確には、個々の巻線が分
岐部１８又は充填面２０を介して接続された抵抗メアンダ１２の領域が位置して
いる。

【００１８】 図４ａ及び図４ｂには、層状システム１０の概略断面図が示されている。この
場合、層２４の減少又は漏れ電流を防止するために、加熱装置は一般に絶縁層２
６によって層２４に対して遮蔽される。切欠き２２を介して、抵抗メアンダ１２
の加工を行うことができる。

【００１９】 図４ａの層状システム１０は、有利には以下の作業段階に基づいて製作するこ
とができる。まず、分岐部１８又は充填面２０を備えた抵抗メアンダ１２を有す
る加熱装置１１を、慣用の方法に従って製作する。絶縁層２６は、抵抗メアンダ
１２の分岐部１８又は充填面２０の配置された領域に切欠き２２を有している。
同様に、後続の全ての層（一般に閉鎖保護層）も、適合する切欠き２２を有する
ように修正される。

【００２０】 図４ｂに示した層状システム１０の別の有利な実施例では、絶縁層２６は切欠
き２２の領域をも被覆している。この場合、絶縁層２６は、この絶縁層をレーザ
が貫通可能であり且つ抵抗メアンダ１２の調整が可能にされるように構成されて
いる。同時にレーザの熱的作用により、前記絶縁層２６のガラス化が生ぜしめら
れる。このために絶縁層２６は適当なガラス形成体を有している。

【００２１】 抵抗メアンダ１２のレーザ調整は、以下のように実施することができる。切欠
き２２を介して到達可能な分岐部１８又は充填面２０を、レーザ切断により分離
若しくはトリミングされる。この過程の最中に、加熱装置１１の抵抗変化を回路
装置（詳しくは説明しない）によって追跡することができる。レーザ切断若しく
はレーザトリミングにより抵抗が増大される。それというのも、導体路１４の長
さが増大されるからである。このようにして、大きさの等しい抵抗メアンダ１２
の内部抵抗を有する層状システム１０が製作され得る。

【００２２】 切欠き２２は、レーザ調整後に充填剤によって、有利にはガラスセラミックス
を用いたガラス化によって閉鎖される。このようにして、加熱装置１１は機械的
又は化学的影響から保護され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 層状システムの概略的な斜視図である。

【図２】 図２ａ及び図２ｂは、加熱メアンダの２つの実施例を示した図である。

【図３】 層状システムの概略平面図である。

【図４】 図４ａ及び図４ｂは、層状システムの概略断面図である。

【符号の説明】

１０ 層状システム、 １１ 加熱装置、 １２ 抵抗メアンダ、 ４ 導体
路、 １６ 接点、 １８ 分岐部、 ２０ 充填面、 ２２ 切欠き、 ２４
層、 ２６ 絶縁層

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの電気的な抵抗路が組み込まれたセラミック
   層状システムであって、層状システムが、抵抗路を外部に対して被覆する少なく
   とも１つの層を有している形式のものにおいて、 抵抗路被覆層が少なくとも１つの切欠きを有しており、該切欠きを介して抵抗
   路が調整可能であることを特徴とするセラミック層状システム。
2. 【請求項２】 抵抗路が抵抗メアンダである、請求項１記載のセラミック層
   状システム。
3. 【請求項３】 少なくとも隣接した導体路区分の領域において抵抗路が分岐
   部及び／又は閉鎖された面を有しており、これらの分岐部及び／又は閉鎖された
   面の断続に基づき、抵抗メアンダの抵抗路の抵抗が調整可能である、請求項２記
   載のセラミック層状システム。
4. 【請求項４】 前記分岐部及び／又は閉鎖された面が、少なくとも１つの切
   欠きの領域に形成されている、請求項３記載のセラミック層状システム。
5. 【請求項５】 少なくとも１つの切欠きが、抵抗路の調整後に充填剤によっ
   て閉鎖可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載のセラミック層状シ
   ステム。
6. 【請求項６】 前記充填剤がガラスセラミックである、請求項５記載のセラ
   ミック層状システム。
7. 【請求項７】 セラミック加熱装置の製作法であって、層及び加熱メアンダ
   を順次配置し、次いで層結合体を焼結することにより加熱装置を得る形式のもの
   において、 加熱メアンダの電気抵抗を、層結合体を焼結した後で調整することを特徴とす
   る、セラミック加熱装置の製作法。
8. 【請求項８】 加熱メアンダを形成する導体路の有効長さを後から調整する
   、請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 加熱メアンダを、少なくとも隣接した導体路の領域内に分岐
   部及び／又は閉鎖された面を有するレイアウトにより生ぜしめ、これらの分岐部
   及び／又は閉鎖面の断続に基づき、抵抗メアンダの導体路の長さを調整する、請
   求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 加熱装置の層結合体の製作時に、加熱メアンダを被覆する
    層の内部に、分岐部及び／又は閉鎖された面の領域に配置された切欠きを構造化
    する、請求項９記載の方法。
11. 【請求項１１】 導体路の長さ調整をレーザ調整によって行う、請求項１０
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 レーザ調整を切欠きを介して行う、請求項１１記載の方法
    。
13. 【請求項１３】 調整後に切欠きを充填剤によって閉鎖する、請求項７から
    １２までのいずれか１項記載の方法。
14. 【請求項１４】 切欠きをガラスセラミックによるガラス化によって閉鎖す
    る、請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 ガラス化を、レーザ調整中に、加熱装置の層結合体のガラ
    ス形成体含有層に対するレーザの熱的な作用によって行う、請求項１４記載の方
    法。
16. 【請求項１６】 電気化学的な測定センサのセンサエレメントにおける加熱
    装置としての、請求項１から６までのいずれか１項記載のセラミック層状システ
    ムの使用。
17. 【請求項１７】 温度センサのセンサエレメントにおける測定抵抗としての
    、請求項１から６までのいずれか１項記載のセラミック層状システムの使用。
18. 【請求項１８】 特定の媒体が存在する場合に抵抗変化を以て反応する受動
    センサにおける、請求項１から６までのいずれか１項記載のセラミック層状シス
    テムの使用。